JPH0987522A - 半導体封止材 - Google Patents

半導体封止材

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JPH0987522A
JPH0987522A JP24024695A JP24024695A JPH0987522A JP H0987522 A JPH0987522 A JP H0987522A JP 24024695 A JP24024695 A JP 24024695A JP 24024695 A JP24024695 A JP 24024695A JP H0987522 A JPH0987522 A JP H0987522A
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Takaaki Yokoyama
隆昭 横山
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電気的特性に悪影響を与える有害物質の半導
体装置内部への侵入を抑制する作用を向上する。 【解決手段】 半導体装置の凹部内に充填され且つ半導
体チップを被覆する保護樹脂(半導体封止材)7は、1
00重量部のシリコーン樹脂と、80〜140重量部の
フィラー材とを含有する。フィラー材はシリカ粉末と酸
化チタン粉末を有し、シリカ粉末の含有率はシリコーン
樹脂100重量部に対して20〜50重量部である。保
護樹脂7に含まれるシリカ粉末及び酸化チタン粉末はシ
リコーン樹脂よりも熱膨張係数が小さく、保護樹脂7の
熱膨張係数を低減して支持電極との熱膨張係数差を減少
する作用がある。また、シリカ粉末の含有率が特定され
ているので、水分が付着した状態で電界が印加されるよ
うな厳しい環境下で使用しても保護樹脂が支持電極から
剥離しない。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気的特性に悪影
響を与える有害物質の半導体装置の内部への侵入を抑制
できる半導体封止材に関連する。
【0002】
【従来の技術】例えば、実公平4−52999号公報に
示されるように、自動車に使用される交流発電機(オル
タネータ)の出力を整流する素子では、軟質樹脂、即ち
ラバー状の保護樹脂で半導体チップを封止した構造の樹
脂封止ダイオードが使用されている。この樹脂封止ダイ
オード及び保護樹脂を図4について説明する。ダイオー
ド1は、平坦なベース部2a及びベース部2aから屈曲
して伸び出す側部2bを有して凹部2cの形成された椀
形の支持電極2と、フランジ状のヘッダー3a及びヘッ
ダー3aより小さい横断面を有するリード部3bからな
るリード電極3と、ベース部2aとヘッダー3aとの間
に接続された半導体チップ4と、凹部2c内に充填され
且つ半導体チップ4を封止するシリコーン樹脂5とを備
えている。半導体チップ4の上面4a及び下面4bは、
それぞれ半田6によりヘッダー3aの下面3a1及びベ
ース部2aの上面2a1に接着されている。
【0003】半導体チップ4が動作時に発生する熱を放
熱する椀形の支持電極2のベース部2aは、約1mmの
厚さを有する。また、ベース部2aから屈曲して伸び出
す側部2bは、直径約9.5mm、高さ約2.3mm及び
厚さ約0.5mmの環状である。リード電極3のヘッダ
ー3aは、約5mmの直径と約0.5mmの厚さを有す
る。ヘッダー3aから上方に伸びるリード部3bは、約
1.5mmの直径で約18mmの長さを有する。リード
部3bにはU字形のベンド部3b1が形成される。しか
し、U字形のベンド部3b1を設けずに、リード部3b
を直線状に形成してもよい。
【0004】半導体チップ4の両主面4a、4bにはニ
ッケル電極(図示せず)が形成されている。半田6は、
鉛(Pb)95重量%、錫(Sn)5重量%のPb−S
n系合金である。椀形の支持電極2及びリード電極3
は、ニッケルが被覆された銅材である。シリコーン樹脂
5は、椀形の支持電極2の凹部2cから少し盛り上がる
ように形成され、半導体チップ4の側面4c、ヘッダー
3aに続くリード部3bの下部及び椀形の支持電極2の
凹部2c側を被覆する。また、シリコーン樹脂5は、椀
形の支持電極2に半導体チップ4とリード電極3を固着
した後に椀形の支持電極2の凹部2cに樹脂形成用粘液
を注ぎ、熱処理を施して形成される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、半導体チッ
プ4を被覆するシリコーン樹脂5は支持電極2を形成す
る金属に対して熱膨張係数及び硬化収縮が大きいため、
支持電極2との接着界面において剥離が生じ易く、電気
的特性を低下させるおそれがあった。即ち、シリコーン
樹脂5の支持電極2及びリード電極3との接着は、酸や
アルカリの存在によって分断されやすい。しかも、シリ
コーン樹脂5を固化する熱処理工程では、シリコーン樹
脂5に収縮が伴い、矢印A及びBで示す接着部にストレ
スが集中する。このため、接着部A及びBにおいてシリ
コーン樹脂5がリード電極3のリード部3b又は椀形の
支持電極2の上部2b2の表面から剥離しやすい状態に
なる。従って、厳しい環境の下でダイオード1を長期間
使用すると、接着部A及びBを起点としてリード電極3
のリード部3b又は椀形の支持電極2の側部2bの表面
に沿ってシリコーン樹脂5の剥離が進行し、最終的には
ヘッダー3aの上面3a2及び側面3a3又は椀形の支持
電極2の側部2bの内面2b1及びベース部2aの上面
2a1を経て、半導体チップ4の側面4cにまでシリコ
ーン樹脂5の剥離が達することがある。このように剥離
が進行した状態では、ダイオード1は、シリコーン樹脂
5の剥離部から半導体チップ4の側面4cに侵入する水
分やイオン性不純物等の有害物質により、逆方向電流が
増加するなどの特性不良が生じる。
【0006】この問題を解決するためにシリコーン樹脂
にシリカ粉末を含有させて熱膨張係数を小さくして、保
護樹脂の熱膨張係数を支持電極の熱膨張係数に近づける
方法が公知になっている。この保護樹脂では、通常の環
境下では剥離が生じないが、保護樹脂に水分が付着した
状態で電界中に配置して、電界が印加されると、剥離防
止効果が損なわれることが判明した。
【0007】そこで本発明は、厳しい環境下で使用して
も支持電極から剥離せずに、電気的特性に悪影響を与え
る有害物質の内部への侵入を阻止する能力の大きい保護
樹脂として適用可能な半導体封止材を提供することを目
的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明による半導体封止
材は、100重量部のシリコーン樹脂と、80〜140
重量部のフィラー材とを含有する。フィラー材はシリカ
粉末と酸化チタン粉末を有し、シリカ粉末の含有率はシ
リコーン樹脂100重量部に対して20〜50重量部で
ある。
【0009】半導体封止材に含まれるシリカ粉末及び酸
化チタン粉末はシリコーン樹脂よりも熱膨張係数が小さ
く、保護樹脂として熱膨張係数を低減して支持電極との
熱膨張係数差を減少する作用がある。シリカ粉末と酸化
チタン粉末から成るフィラー材をシリコーン樹脂100
重量部に対して80〜140重量部となるように含有す
る半導体封止材は、良好な熱膨張係数と硬化収縮率を備
える。また、フィラー中のシリカ粉末の含有割合がシリ
コーン樹脂100重量部に対して20重量部以上である
ため、フィラー材が半導体封止材中に均一に分布する。
また、フィラー中のシリカ粉末の含有割合がシリコーン
樹脂100重量部に対して50重量部以下であるため、
本発明の半導体封止材を用いた保護樹脂に水分が付着し
た状態で電界が印加されても保護樹脂が支持電極から剥
離しない。
【0010】
【発明の実施の形態】次に、自動車用整流ダイオードに
適用した本発明による半導体封止材及びこれを利用した
半導体装置の実施の形態を図1〜図3について説明す
る。図1では、図4に示す箇所と同一の部分には同一符
号を付し、説明を省略する。本実施形態の整流ダイオー
ド10は、半導体チップ4を被覆する保護樹脂(半導体
封止材)7がシリカ粒末と酸化チタン粉末を含むフィラ
ー材を含有するシリコーン樹脂から成る点で図4に示す
従来の整流ダイオード1と異なる。本実施形態の保護樹
脂7は、シリコーン樹脂100重量部に対してフィラー
材を110重量部含有する。また、フィラー材中のシリ
カ粉末の割合はシリコーン樹脂100重量部に対して4
0重量部であり、残部は酸化チタン粉末である。
【0011】本発明の効果を確認するため、図1と同一
の構造を備えた多数の整流ダイオードサンプルを製作し
て、電界品質試験を行った。即ち、各サンプルを塩水中
に浸漬した後、恒温槽内に配置してサンプル中の水分を
蒸発させる。この際、支持電極2とリード電極3との間
に15Vの直流電圧を印加しておく。これを複数回反復
して印加した後にサンプルの逆方向特性を検査した。シ
ョート状態となったとき、不良発生として、不良発生に
至るまでのトータルの電圧印加回数を測定した。
【0012】図2に示すグラフは、シリコーン樹脂10
0重量部に対してフィラー材を110部として、シリコ
ーン樹脂中のフィラー材の含有率を一定とし、フィラー
材中のシリカ粉末の含有割合を変化させたときの試験結
果である。シリカ粉末の含有率がシリコーン樹脂100
重量部に対して50重量部を超えるサンプル及び20重
量部に満たないサンプルは電圧印加回数が3回未満で不
良が生じた。なお各サンプルは10個であり、試験回数
はその平均値である。
【0013】シリカ粉末の含有率がシリコーン樹脂10
0重量部に対して50重量部を超えるサンプルに不良が
発生する理由は、シリカ粉末の含有率が50重量部を超
えると、シリカ粉末中に不純物として残留するSiO
(一酸化珪素)及びSi(珪素)等の未反応物の影響が
無視できなくなるためと考えられる。これらの未反応物
は一般に電界印加時にシリコーン樹脂の耐アルカリ性を
低下させることが本発明者によって確認されている。ま
た、シリカ粉末の含有率がフィラー材100重量部に対
して20重量部に満たないサンプルにおいて電圧印加回
数が3回未満で不良が生じる理由は、シリカ粉末に比べ
て比重の大きい酸化チタン粉末の含有率が相対的に増加
し、フィラー材が保護樹脂中に均一に分布しないためと
考えられる。事実、フィラー材を実質的に全て酸化チタ
ンとしたときに、フィラー材の沈降が生じ、電界印加時
に剥離防止効果は向上するが、発明者の所望値には至ら
ない。
【0014】図3に示すグラフは、フィラー材中のシリ
カ粉末と酸化チタン粉末の含有割合(シリカ粉末対酸化
チタン粉末の重量比)を一定とし、シリコーン樹脂中の
フィラー材の含有率を変化させたときの試験結果を示
す。フィラー材を80重量部〜140重量部含有するサ
ンプルは、良好な熱膨張係数と硬化収縮率を有するた
め、支持電極に対して良好に密着して4回の電圧印加回
数に対する耐久性を示した。しかしながら、フィラー材
の含有率が80重量部に満たない場合には熱膨張係数と
硬化収縮率が得られないため、3回程度の電圧印加回数
で不良が生じた。また、フィラーを140重量部を超え
て入れると粘度が上がり作業性が著しく低下した。
【0015】本実施形態の保護樹脂では、フィラー材の
含有率とフィラー材を構成するシリカ粉末と酸化チタン
粉末の含有割合が最適に設定されているから、通常の環
境下ではもちろん、水分が付着した状態で電界が多数回
反復して印加される使用条件の下でも保護樹脂の支持電
極に対する密着力は低下せず、信頼性の高い整流ダイオ
ードが実現される。また、酸化チタン(TiO)に比べ
て安価なSiOを使用すると原価低減を図ることができ
る。
【0016】本発明の実施態様は前記の実施の形態に限
定されず、変更が可能である。例えば、自動車用整流ダ
イオード以外の半導体装置に使用する封止材にも本発明
を適用することができる。また、保護樹脂7中には、フ
ィラー材の外に、本発明の効果が阻害されない範囲内
で、硬化促進剤、軟化剤、接着剤等他の添加剤を混入さ
せてもよい。
【0017】
【発明の効果】本発明によれば、水分が付着した状態で
電界が印加されるような厳しい環境の下で使用されて
も、保護樹脂と電極との剥離が進行し難く、有害物質の
侵入を阻止する能力が強化された半導体封止材が得ら
れ、これを使用した半導体では信頼性を十分に高めるこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明による半導体封止材を適用した半導体
装置の断面図
【図2】 シリカ粉末の含有率の変化と電圧印加回数と
の関係を示すグラフ
【図3】 シリコーン樹脂中のフィラー材の含有率と電
圧印加回数との関係を示すグラフ
【図4】 従来の自動車用整流ダイオードの断面図
【符号の説明】 2..支持電極、 2a..ベース部、 2b..側部、
2c..凹部、 3..リード電極、 3a..ヘッダ
ー、 3b..リード部、 4..半導体チップ、
6..半田、 7..保護樹脂(半導体封止材)、
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 23/31

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 100重量部のシリコーン樹脂と、80
    〜140重量部のフィラー材とを含有し、前記フィラー
    材はシリカ粉末と酸化チタン粉末を有し、前記シリカ粉
    末の含有率は前記シリコーン樹脂100重量部に対して
    20〜50重量部であることを特徴とする半導体封止
    材。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019087692A (ja) * 2017-11-09 2019-06-06 トヨタ自動車株式会社 半導体装置

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